巖橋拉張破裂數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖橋是巖體承受外力的主要內(nèi)部結(jié)構(gòu),巖橋和裂紋共同承擔(dān)載荷作用,巖體的破壞通常是由裂紋和巖橋共同破壞組成。由于巖橋的存在,使非貫通裂紋巖體的受力及破壞特征發(fā)生了質(zhì)的變化,裂紋端部應(yīng)力高度集中,將導(dǎo)致脆性斷裂破壞,整體破壞特征表現(xiàn)為預(yù)制裂紋的擴(kuò)展和預(yù)制裂紋尖端產(chǎn)生的翼裂紋引起巖橋破裂所組成的復(fù)合破壞。分析裂紋巖體強(qiáng)度特性及其變形破壞機(jī)制,是研究巖體特性的基礎(chǔ)性工作,可以合理地預(yù)測(cè)實(shí)際工程的可能破壞模式和評(píng)價(jià)工程巖體的穩(wěn)定。文章研究巖橋拉張破

2、裂的演化過程,探討巖橋破裂的規(guī)律。主要介紹了I型裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng),裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的準(zhǔn)則和巖橋力學(xué)性質(zhì)弱化分析等相關(guān)理論,以巖石受拉破壞的理論為基礎(chǔ),給出了巖石拉張破裂的四個(gè)判據(jù),建立有限元模型,分析模擬巖橋拉張破裂的結(jié)果。有限元方法是目前應(yīng)用最為廣泛的研究工具,但是傳統(tǒng)的有限元方法,是建立在連續(xù)性假設(shè)基礎(chǔ)上的,不能模擬巖石拉張破裂后形成的不連續(xù)結(jié)構(gòu),不能直接處理巖石拉破壞現(xiàn)象問題。本文利用可描述拉張破裂的有限元方法,對(duì)不同傾角,不

3、同裂紋數(shù)目,不同裂紋尺寸,不同側(cè)壓的情況下,巖橋拉張破裂演化過程進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果顯示,在單軸壓縮條件下,對(duì)于同一裂紋角度、相等距離的兩組平行預(yù)裂紋,在不同的巖橋傾角條件下,預(yù)裂紋擴(kuò)展程度不同;巖橋傾角越大,巖橋越容易拉張破壞。巖橋傾角一定時(shí),裂紋傾角越大,拉應(yīng)力越在巖橋區(qū)域集中,預(yù)制裂紋大于75°時(shí),拉應(yīng)力逐漸在巖體中均勻分布。裂紋數(shù)量增加,巖橋越容易拉張破壞,貫通趨勢(shì)明顯,裂紋的尺寸對(duì)裂紋的擴(kuò)展程度有影響,對(duì)裂紋的破壞形式?jīng)]有影